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原文传递一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法

专利名称：	一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法
摘要：	本发明公开了一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，包括以下步骤：一、不同尺度的微纳声学器件的制作；二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试；三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取；四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算。本发明步骤简单，在4nm～4000nm的宽尺度范围内研究纳米声学效应，并对制作的不同尺度的微纳声学器件的参数进行测试，获取宏观声学理论失效时微纳声学器件所对应的失效波长阈值，且将在4nm～失效波长阈值范围内，采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，便于高频化和集成化纳米尺度声学器件设计。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	张涛;杨烁;王梅;顾马龙;柯贤桐;曹晓闯;师晓云;蒋林
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910119563.5
公开号：	CN109883984A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	谭文琰
分类号：	G01N21/3586(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔中路58号
主权项：	1.一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、不同尺度的微纳声学器件的制作，具体过程如下：步骤101、设定声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，制作各个声表面波波长所对应的叉指电极激励的声学器件，所述叉指电极激励的声学器件包括压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件和压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件，设定第r个叉指电极激励的声学器件所对应的声表面波波长为λr，r为正整数，且1≤r≤Ns，Ns表示叉指电极激励的声学器件的总数，则对第r个叉指电极激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：步骤A、叉指电极激励的声学器件的制作：步骤A1、压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的制作：步骤A11、选择半导体基底(11)，放置在真空度为10-4Pa的真空腔内，采用磁控溅射法在所述半导体基底(11)上生长第一导波缓冲层(12)；之后，采用磁控溅射法在所述第一导波缓冲层(12)上生长压电薄膜层(14)；其中，所述半导体基底(11)的材质为Si、Ge、GaN或者GaAs，第一导波缓冲层(12)的材质为金刚石、SiO2、Si3N4或者SiC，所述压电薄膜层(14)的材质为ZnO、AlN、Pb(Zr0.5Ti0.5)O3、CdS、LiNbO3、PbTiO3或者PMnN-PZT，半导体基底(11)的厚度大于100μm，采用磁控溅射法时生长温度为400℃～600℃，压电薄膜层(14)的厚度设计值hs＝0.5λr，第一导波缓冲层(12)的厚度设计值为0.5λr，采用磁控溅射法时靶基距的取值范围为12cm～17cm；步骤A12、对生长的压电薄膜层(14)进行分析判断，直至生长的压电薄膜层(14)合格；步骤A13、采用热蒸发镀膜方法在生长合格的压电薄膜层(14)上生长金属电极薄膜层；之后，对金属电极薄膜层进行光刻处理或者电子束直写处理，得到两组叉指电极(13)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，所述叉指电极(13)的材质为Al、Pt、Au或者Mo，叉指电极(13)的对数为30对，两组叉指电极(13)沿压电薄膜层(14)表面长度方向的中心对称布设，所述金属电极薄膜层的厚度和叉指电极(13)的厚度均为0.25λr，叉指电极(13)的宽度为0.25λr，待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离dy为10λr，且薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域没有生长压电薄膜层(14)；当叉指电极(13)的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理；当叉指电极(13)的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，得到两组叉指电极(13)；步骤A14、采用引线键合设备对步骤A13中得到的待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；步骤A2、压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件的制作：步骤A21、选择压电单晶基底(15)；其中，压电单晶基底(15)的厚度大于100μm，压电单晶基底(15)的材料为石英、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7或者La3Ga5SiO14；步骤A22、按照步骤A13所述的方法，在压电单晶基底(15)上形成两组叉指电极(13)，并采用步骤A11中所述磁控溅射法在所述压电单晶基底(15)上生长第二导波缓冲层(16)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；其中，叉指电极(13)的对数为30对，两组叉指电极(13)沿压电单晶基底(15)表面长度方向的中心对称布设；所述第二导波缓冲层(16)位于待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件的声传播距离区域；步骤A23、采用引线键合设备对步骤A22中得到的待封装压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件进行封装，得到压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件；步骤B、多次重复步骤A，制作不同尺度的叉指电极激励的声学器件；其中，所述第r个叉指电极激励的声学器件具有四个引脚分别为输入引脚、第一接地引脚、输出引脚和第二接地引脚，r是将各个叉指电极激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；步骤102、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，制作各个声表面波波长所对应的分子束激励的声学器件，所述分子束激励的声学器件包括压电薄膜结构的分子束激励的声学器件和压电单晶基底的分子束激励的声学器件；设定第r′个分子束激励的声学器件所对应的声表面波波长为λ″r，r′为正整数，且Ns+1≤r′≤N″s，N″s表示叉指电极激励的声学器件和分子束激励的声学器件的总数，N″s-Ns+1表示分子束激励的声学器件的总数，则对第r′个分子束激励的声学器件进行制作时，具体制作过程如下：步骤A01、分子束激励的声学器件的制作：步骤A011、压电薄膜结构的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A11至步骤A13所述的方法，制作压电薄膜结构的分子束激励的声学器件；其中，压电薄膜结构的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极(13)；步骤A012、压电单晶基底的分子束激励的声学器件的制作：按照步骤A21至步骤A22所述的方法，制作压电单晶基底的分子束激励的声学器件；其中，压电单晶基底的分子束激励的声学器件中未包含叉指电极(13)；步骤B01、多次重复步骤A01，制作不同尺度的分子束激励的声学器件；其中，r′是将各个分子束激励的声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；步骤二、不同尺度的微纳声学器件的参数测试：步骤201、采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，获取第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值Fr、第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值Sr和第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值Kr；步骤202、采用太赫兹时域光谱分析仪对第r′个分子束激励的声学器件的参数进行测试，获取第r′个分子束激励的声学器件的中心频率测量值Fr′、第r′个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值Sr′和第r′个分子束激励的声学器件的带宽测量值Kr′；步骤三、不同尺度的微纳声学器件宏观声学理论计算值的获取及参数相对误差获取：步骤301、在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处边界条件为应力连续和电势连续，且在叉指电极激励的声学器件中叉指电极与压电介质处所在平面的法线方向电位移不连续条件下，采用基于压电介质的耦合波动方程的有限元-边界元法，获取第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数；计算机调取COM模型，并输入第r个叉指电极激励的声学器件的COM参数，根据COM模型得到第r个叉指电极激励的声学器件的输出端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输入导纳Y11、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出导纳Y22、第r个叉指电极激励的声学器件的输入端短路时第r个叉指电极激励的声学器件的输出端到第r个叉指电极激励的声学器件的输入端的转移导纳Y12；步骤302、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的正向传输系数S21；其中，Z1表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗匹配，Z2表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗匹配，且Z1＝Z2＝50,R1表示第r个叉指电极激励的声学器件的输入端阻抗实部，R2表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出端阻抗实部，且R1＝R2＝50；步骤303、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值步骤304、采用计算机给第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7Fg,r～1.3Fg,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7Fg,r以步进fbj至1.3Fg,r扫频，并多次重复步骤301至步骤303，获取不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值其中，变频正弦波激励信号的幅值范围为1伏～5伏，步进fbj的取值为100kHz；步骤305、采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线；步骤306、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率计算值并记作第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗计算曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗宏观计算值所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽计算值步骤307、根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差ΔFr，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的带宽相对误差ΔKr，根据公式得到第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗相对误差ΔCr；步骤308、在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极(13)，得到第r′个等效的叉指电极激励的声学器件；其中，第r′个等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；重复步骤301至步骤307，获取与第r′个等效的叉指电极激励的声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；步骤309、将Ns个叉指电极激励的声学器件和N″s-Ns+1个等效的叉指电极激励的声学器件称作微纳声学器件，获取微纳声学器件的中心频率相对误差、带宽相对误差和插入损耗相对误差；其中，r″为正整数，1≤r″≤N″s，r″是将各个微纳声学器件按照所对应的声表面波波长从大到小的顺序进行排序获取的序号；步骤四、宏观声学理论失效判断及微观分子动力学理论对纳米尺度声学器件参数计算：采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长为横坐标，以中心频率相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与频率相对误差曲线图；采用计算机判断当\|ΔFr″\|＜\|ΔFr″+1\|＜\|ΔFr″+2\|＜\|ΔFr″+3\|＜\|ΔFr″+4\|，且3％＜\|ΔFr″\|＜\|ΔFr″+1\|＜\|ΔFr″+2\|＜\|ΔFr″+3\|＜\|ΔFr″+4\|成立时，则中心频率相对误差绝对值\|ΔFr″\|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λsy；其中，\|ΔFr″+1\|表示第r″+1个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，\|ΔFr″+2\|表示第r″+2个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，\|ΔFr″+3\|表示第r″+3个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，\|ΔFr″+4\|表示第r″+4个微纳声学器件的中心频率相对误差绝对值，r″+1、r″+2、r″+3和r″+4均为正整数，且r″+1、r″+2、r″+3和r″+4的取值均在1～N″s范围内；或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以带宽相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与带宽相对误差曲线图；采用计算机判断当\|ΔKr″\|＜\|ΔKr″+1\|＜\|ΔKr″+2\|＜\|ΔKr″+3\|＜\|ΔKr″+4\|，且3％＜\|ΔKr″\|＜\|ΔKr″+1\|＜\|ΔKr″+2\|＜\|ΔKr″+3\|＜\|ΔKr″+4\|成立时，则带宽相对误差绝对值\|ΔKr″\|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λsy；其中，\|ΔKr″+1\|表示第r″+1个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，\|ΔKr″+2\|表示第r″+2个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，\|ΔKr″+3\|表示第r″+3个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值，\|ΔKr″+4\|表示第r″+4个微纳声学器件的带宽相对误差绝对值；或者采用计算机将微纳声学器件所对应的声表面波波长作为横坐标，以插入损耗相对误差绝对值为纵坐标，获取声表面波波长与插入损耗相对误差绝对值曲线图；采用计算机判断当\|ΔCr″\|＜\|ΔCr″+1\|＜\|ΔCr″+2\|＜\|ΔCr″+3\|＜\|ΔCr″+4\|，且3％＜\|ΔCr″\|＜\|ΔCr″+1\|＜\|ΔCr″+2\|＜\|ΔCr″+3\|＜\|ΔCr″+4\|成立时，则插入损耗相对误差绝对值\|ΔCr″\|所对应的声表面波波长为宏观声学理论失效时微纳声学器件对应的失效波长阈值λsy；其中，\|ΔCr″+1\|表示第r″+1个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，\|ΔCr″+2\|表示第r″+2个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，\|ΔCr″+3\|表示第r″+3个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值，\|ΔCr″+4\|表示第r″+4个微纳声学器件的插入损耗相对误差绝对值；之后，将声表面波波长的取值在4nm～λsy范围的微纳声学器件称为纳米尺度声学器件，则采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数。 2.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A12中对生长的压电薄膜层(14)进行分析判断，具体过程如下：步骤A121、采用FR-Monitor膜厚仪对生长的压电薄膜层(14)的厚度进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的测量厚度并记作hc，并将压电薄膜层(14)的测量厚度hc和压电薄膜层(14)的厚度设计值hs进行比较，当时，说明生成的压电薄膜层(14)厚度参数合格，执行步骤1022；否则，当时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；步骤A122、采用Bruker D8 ADVANCE型X射线衍射仪对生长的压电薄膜层(14)进行X射线衍射，获取以衍射角为横坐标，以压电薄膜层(14)衍射峰相对强度为纵坐标的压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图，并将压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图与压电薄膜层(14)所含标准PDF卡片进行对比，将压电薄膜层(14)的X射线衍射谱测量图中峰值所对应的衍射角记作Jc，将压电薄膜层(14)所含标准PDF卡片中峰值所对应的衍射角记作Js，当时，说明生成的压电薄膜层(14)衍射角合格，执行步骤A123；否则，当时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；步骤A123、采用Thermo Fisher ESCALAB Xi+型X射线光电子能谱分析仪对生长的压电薄膜层(14)元素进行测量，获取以元素的结合能为横坐标，以元素的相对强度为纵坐标的压电薄膜层(14)的光电子能谱图，并根据压电薄膜层(14)的光电子能谱图获取压电薄膜层(14)所含元素和杂质元素，并获取压电薄膜层(14)所含元素的相对强度和压电薄膜层(14)杂质元素的相对强度，当压电薄膜层(14)中任一杂质元素的相对强度小于压电薄膜层(14)所含任一元素的相对强度的1％，说明生成的压电薄膜层(14)所含元素合格，执行步骤A124；否则，重复步骤A11；步骤A124、采用本原CSPM5500型原子力显微镜对生长的压电薄膜层(14)的表面粗糙度进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的表面粗糙度并记作Cc，并将压电薄膜层(14)的表面粗糙度Cc和压电薄膜层(14)的厚度设计值hs进行比较，当Cc≤5％hs时，说明生成的压电薄膜层(14)表面粗糙度合格，执行步骤A125；否则，当Cc＞5％hs时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；步骤A125、采用压电响应力显微镜对生长的压电薄膜层(14)的压电常数进行测量，获取生长的压电薄膜层(14)的压电常数并记作Yc，并将压电薄膜层(14)的压电常数和压电薄膜层(14)所需的压电常数最小值10-12进行比较，当Yc＞10-12时，说明生成的压电薄膜层(14)压电常数合格，则说明生成的压电薄膜层(14)；否则，当Yc≤10-12时，说明生成的压电薄膜层(14)不合格，重复步骤A11；其中，压电薄膜层(14)的压电常数的单位为C/N。 3.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中叉指电极激励的声学器件制作，之前，需要对半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)进行清洗，具体过程如下：步骤A-1、采用浓硫酸与双氧水混合清洗溶液在温度为110℃～120℃条件下，对半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓硫酸与双氧水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成一次清洗；其中，浓硫酸的体积浓度为95％～98％，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1；步骤B-1、采用氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对一次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过氨水、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成二次清洗；其中，氨水的体积浓度为25％～28％，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1:1:4；步骤C-1、采用浓盐酸、双氧水和去离子混合清洗溶液在温度为70℃～80℃条件下，对二次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟；之后，采用去离子水对经过浓盐酸、双氧水和去离子水混合清洗溶液清洗的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)清洗10分钟～15分钟，完成三次清洗；其中，浓盐酸的体积浓度为36％～38％，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1:1:5；步骤D-1、将三次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)放入体积浓度为99％的丙酮溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成四次清洗；步骤E-1、将四次清洗后的半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)放入体积浓度为99％的乙醇溶液，在室温下超声洗涤10分钟～15分钟，再用氮气枪吹干，完成五次清洗。 4.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤A11采用磁控溅射法生长第一导波缓冲层(12)或者压电薄膜层(14)时，根据公式h′s＝0.03066P+499.233t-1.5329生长第一导波缓冲层(12)或者压电薄膜层(14)；其中，P表示溅射功率，单位为W，t表示溅射时间，单位为h，溅射功率P的取值范围为70W～150W，溅射时间t的取值范围为1/360h～4h，h′s表示采用磁控溅射法时薄膜生长厚度参数。 5.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：当步骤A13中当叉指电极(13)的宽度大于等于150nm时，对金属电极薄膜层进行光刻处理，具体过程如下：步骤A131、采用旋涂法将光刻胶涂敷在金属电极薄膜层表面，形成光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘焙温度为80℃～100℃下进行烘焙15min～20min；其中，旋转速度为2500r/min～3500r/min，光刻胶层的厚度为200nm～500nm；步骤A132、在光刻胶层上放置掩膜版，并采用紫外曝光对光刻胶层进行曝光处理；之后，采用体积浓度为99％丙酮溶液对光刻胶层进行显影处理；其中，曝光功率为80W～100W，曝光时间为10s～15s，显影时间为50s～60s；步骤A133、显影处理后，对光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，光刻胶层的坚膜温度为170℃～200℃，光刻胶层的坚膜时间为15min～20min；步骤A134、采用湿法刻蚀方法按照叉指图形对金属电极薄膜层进行刻蚀，图形转移完成后，采用体积浓度为99％的丙酮溶液除去残余光刻胶，得到两组叉指电极(13)，形成待封装压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件；当叉指电极(13)的宽度小于150nm时，对金属电极薄膜层进行电子束直写处理，具体过程如下：步骤A13-1、当制作压电薄膜结构的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电薄膜层(14)表面，形成电子束光刻胶层；当制作压电单晶基底的叉指电极激励的声学器件时，采用匀胶机将电子束光刻胶旋涂在压电单晶基底(15)表面，形成电子束光刻胶层；之后，置于真空烘箱中在烘热温度为150℃～180℃下进行烘热20min～30min；其中，所述匀胶机的转速为3000r/min～6000r/min，所述电子束光刻胶层的厚度为50nm～100nm；步骤A13-2、采用电子束曝光机对电子束光刻胶层进行电子光束曝光，并将叉指电极转移到电子束光刻胶层；之后，采用甲基异丁基甲酮、异丙醇和水体积比为7:2:1的显影溶液对电子束光刻胶层进行显影处理；其中，电子束曝光的电子能量为10KeV～100KeV，电子束流为1nA～15nA，显影时间为10s～30s；步骤A13-3、显影处理后用氮气吹干，之后，采用体积浓度为99％异丙醇溶液对电子束光刻胶层进行定影处理；其中，定影时间为10s～30s；步骤A13-4、对电子束光刻胶层进行坚膜处理，得到叉指图形；其中，电子束光刻胶层的坚膜温度为150℃～180℃，电子束光刻胶层的坚膜时间为20min～30min；步骤A13-5、在步骤A13-4中得到的叉指图形上，采用热蒸发镀膜方法沉积金属电极薄膜层；之后，放入体积浓度为99％的丙酮溶液中进行去胶并剥离处理，获得两组叉指电极(13)；其中，热蒸发镀膜的真空度小于10-4Pa，热蒸发镀膜的温度为600℃～1000℃，热蒸发镀膜的时间为5s～2h。 6.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤一中不同尺度叉指电极激励的声学器件的获取，具体过程如下：步骤10-1、将声表面波波长的取值范围为(40nm～4000nm]，并将声表面波波长划分为40nm＜λb≤400nm和400nm＜λc≤4000nm两个声表面波波长区间；λb表示声表面波波长在(40nm～400nm]范围中任一声表面波波长，λc表示声表面波波长在(400nm～4000nm]范围中任一声表面波波长；步骤10-2、当400nm＜λc≤4000nm时，根据获取第i″个叉指电极激励的声学器件和第i″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第i″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，i″和i″-1均为正整数，且i″和i″-1的取值均在1～18的范围内；步骤10-3、当40nm＜λb≤400nm时，根据获取第j″个叉指电极激励的声学器件和第j″-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第j″-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，j″和j″-1均为正整数，且j″和j″-1的取值均在19～36的范围内，Ns＝36；步骤10-4、设定声表面波波长的取值范围为[4nm～40nm]，则4nm≤λa≤40nm，其中，λa表示声表面波波长在[4nm～40nm]范围中任一声表面波波长；根据获取第e′个叉指电极激励的声学器件和第e′-1个叉指电极激励的声学器件；其中，第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的厚度为第e′-1个叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度为其中，e′和e′-1均为正整数，且e′和e′-1的取值均在37～46的范围内，且N″s＝46。 7.按照权利要求1所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤201中采用矢量网络分析仪对第r个叉指电极激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：步骤2011、将所述矢量网络分析仪的输出测试端口通过输出导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚连接，将矢量网络分析仪的输入测试端口通过输入导线与第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚连接，第r个叉指电极激励的声学器件的第一接地引脚和第二接地引脚均与所述矢量网络分析仪的接地端口连接；步骤2012、操作所述矢量网络分析仪，使所述矢量网络分析仪的输出测试端口对第r个叉指电极激励的声学器件的输入引脚施加变频正弦波激励信号，变频正弦波激励信号的频率范围为0.7Fg,r～1.3Fg,r，变频正弦波激励信号从频率为0.7Fg,r以步进fbj至1.3Fg,r扫频，同时所述矢量网络分析仪的输入测试端口获取扫频过程中施加变频正弦波激励信号时第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚的响应信号；步骤2013、根据公式得到不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗Cf,r，Vs表示变频正弦波激励信号的幅值，Vf表示第r个叉指电极激励的声学器件的输出引脚在不同频率正弦波激励信号下的响应信号的幅值；步骤2014、将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗Cf,r输入计算机，并采用计算机将不同频率正弦波激励信号下的第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗Cf,r进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线；步骤2015、采用计算机将第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的频率作为第r个叉指电极激励的声学器件的中心频率测量值Fr，第r个叉指电极激励的声学器件的频率损耗测试曲线中最大峰值对应的插入损耗为第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值Cr，第r个叉指电极激励的声学器件的插入损耗测量值Cr-3dB所对应的两个频率之差的绝对值为第r个叉指电极激励的声学器件的带宽测量值Kr。 8.按照权利要求1所述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤202中采用太赫兹时域光谱分析仪对第r个分子束激励的声学器件的参数进行测试，具体过程如下：步骤2021、根据公式得到第r′个分子束激励的声学器件所需单位面积激励能量E′σ；其中，ε′0表示真空介电常数，且ε′0＝8.854187817×10-12，ε′p表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的有效介电常数，Koh表示第r′个分子束激励的声学器件中压电介质的机电耦合系数，a′表示与第r′个分子束激励的声学器件等效的叉指电极激励的声学器件中叉指电极的宽度；其中，等效的叉指电极激励的声学器件表示在第r′个分子束激励的声学器件上添加叉指电极(13)，且等效的叉指电极激励的声学器件与叉指电极激励的声学器件的结构相同；步骤2022、采用分子束发生器垂直发射分子束至第r个分子束激励的声学器件表面，同时采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲至第r个分子束激励的声学器件表面，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图，并发送至计算机；之后，拆卸第r个分子束激励的声学器件，采用太赫兹时域光谱分析仪垂直发射太赫兹脉冲，得到未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图，并发送至计算机；其中，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的中心波长为800nm，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的重复频率为80MHz，所述太赫兹时域光谱分析仪中飞秒激光脉冲的脉宽为100fs；步骤2023、采用计算机调取傅里叶变换模块，分别对第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的时域波形图和未加载分子束激励的声学器件时太赫兹电磁波的原始时域波形图进行傅里叶变换，得到第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图；其中，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的横坐标均为太赫兹电磁波频率，第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图和未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图的纵坐标均为太赫兹电磁波的电场振幅；步骤2024、根据公式得到第r个分子束激励的声学器件在太赫兹电磁波频率为d时的插入损耗C′f,r,d；其中Vy,d表示第r个分子束激励的声学器件所辐射的太赫兹电磁波的频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅，Vw,d表示未加载分子束激励的声学器件时的太赫兹电磁波的原始频谱图中在横坐标太赫兹电磁波频率为d时所对应的太赫兹电磁波的电场振幅；太赫兹电磁波频率d的取值范围为200GHz～4THz；步骤2025、并采用计算机将第r个分子束激励的声学器件在不同太赫兹频率时的插入损耗进行拟合，得到以频率为横坐标，以插入损耗为纵坐标的第r个分子束激励的声学器件的频率损耗测试曲线，并重复步骤2015，得到第r个分子束激励的声学器件的中心频率测量值Fr、第r个分子束激励的声学器件的插入损耗测量值Cr和第r个分子束激励的声学器件的带宽测量值Kr。 9.按照权利要求1所述一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：步骤四中采用基于分子动力学理论获取纳米尺度声学器件的参数，具体过程如下：步骤401、构建纳米尺度声学器件振动激励系统：在承载台(1)上放置纳米尺度声学器件，利用扰动施加机构(3)对所述纳米尺度声学器件施加扰动，通过超高分辨率激光光谱仪观察所述纳米尺度声学器件波动状态，通过计算机计算反映所述纳米尺度声学器件声学效应的参数，所述扰动施加机构(3)、所述纳米尺度声学器件、所述超高分辨率激光光谱仪和所述计算机构成纳米尺度声学器件振动激励系统，所述扰动施加机构(3)为分子束发生器，所述分子束发生器的数量为多个，所述分子束发生器为点源分子束发生器、线源分子束发生器或面源分子束发生器；步骤402、调节分子束发生器：根据实验需求选取所需类型的分子束发生器，调节分子束发生器发出的分子束的方向和力度，对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面部分区域施加扰动；根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的加速度其中，m0i′为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的质量，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子受到的扰动作用合力；根据公式计算压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的速度和位置坐标为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始速度，为压电介质的上表面部分区域分子中第i′个分子的初始位置坐标，t′为时间；其中，所述压电介质为压电薄膜层(14)或者压电单晶基底(15)，所述压电介质的上表面部分区域是指压电介质的上表面所应设置叉指电极的上电极区域；步骤403、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的势函数Upj′(rpj′)，其中，rpj′为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子之间的间距，p≠j′，ε为结合强度参数且ε取值为0.01032eV，σ为分子半径的参数且σ取值为3.405埃；步骤404、根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的作用合力其中，N′为纳米尺度声学器件中分子总数，为纳米尺度声学器件中第p个分子的梯度；根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的加速度其中，mp为纳米尺度声学器件中第p个分子的质量；根据公式计算纳米尺度声学器件中第p个分子的速度和位置坐标为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始速度，为纳米尺度声学器件中第p个分子的初始位置坐标；步骤405、重复步骤403至步骤404，获取不同时刻的纳米尺度声学器件中第P个分子的作用合力、速度和位置坐标；步骤406、建立三维直角坐标系：所述纳米尺度声学器件放置在承载台(1)上，在承载台(1)上表面所在平面内建立相互垂直的x轴和z轴，在垂直于承载台(1)上表面所在平面的方向设立y轴，x轴、z轴和y轴共同构成三维直角坐标系，所述纳米尺度声学器件的底面位于x轴和z轴所在的平面内，令所述纳米尺度声学器件中分子波动的方向与x轴平行，所述纳米尺度声学器件的高度方向与y轴平行；步骤407、根据公式计算纳米尺度声学器件的平均应力ηxy，其中，V′为纳米尺度声学器件的体积，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第P个分子的速度的y轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的作用合力的x轴分量，为纳米尺度声学器件中第p个分子和第j′个分子的间距的y轴分量；根据公式计算纳米尺度声学器件x方向的应变ζx和纳米尺度声学器件y方向的应变ζy，其中，Lx0为纳米尺度声学器件x方向的初始长度，Lx为纳米尺度声学器件x方向的变形后长度，Ly0为纳米尺度声学器件y方向的初始长度，Ly为纳米尺度声学器件y方向的变形后长度；步骤408、根据胡克定律计算弹性常数C11、C12和C44，其中，ηx为纳米尺度声学器件的平均应力ηxy的x轴分量，ηy为纳米尺度声学器件的平均应力ηxy的y轴分量，τxy为纳米尺度声学器件垂直于x轴的截面在y方向的剪切应力且A′为剪切面面积，FΔ为剪切面内所有分子的合力，γxy为在剪切应力作用下的剪切应变且u′为剪切面内形变分子沿x方向的位移量，θ为剪切面内形变分子沿y方向的位移量；步骤409、根据公式计算纳米尺度声学器件中传播的声表面波纵波的波速Vt′、泊松比g和纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度VR，其中，ρ为纳米尺度声学器件材料密度；步骤4010、根据公式计算纳米尺度声学器件的中心频率fz，其中，λ′为声表面波波长，且λ′的取值范围为4nm～λsy；步骤4011、确定声波传播系数：在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立其所受压力与分子粘滞力相互作用的力学方程在纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内建立导热特性产生的力与声压的力学方程其中，Φ为纳米尺度声学器件的粘滞损耗率，Ω为导热损耗系数，P为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面相对于无扰动时的压强改变量，W为纳米尺度声学器件基底垂直于x轴的平面内所有分子的平均速度，K为纳米尺度声学器件的压缩率；其中，所述纳米尺度声学器件基底为半导体基底(11)或者压电单晶基底(15)；对进行拉普拉斯变换求解，得其中，为声波传播系数，将转换为得的拉普拉斯通解为P'(s)和P”(s)均为常数，由于分子束发生器对纳米尺度声学器件中的压电介质的上表面施加扰动，可知纳米尺度声学器件为半无限介质，则频域内在半无限介质中始端声压为已知量P(0,jω)，且P'(s)＝P(0,jω)，因此与半无限介质中始端相距X处的声压为与半无限介质中始端相距X+1处的声压为对取对数变换得令β为的实部；步骤4012、根据公式计算声波损耗IL，绘制声波损耗与频率的对应关系图，声波损耗与频率的对应关系图中声波损耗峰值位置对应的频率值为纳米尺度声学器件的中心频率fz；当时，解得待求频率fe对应的声波损耗值存在两个频率解：f1和f2，即待求频率fe为f1和f2，为中心频率fz对应的声波损耗值，则\|f2-f1\|为纳米尺度声学器件的带宽；即得到纳米声学器件的纳米声学效应参数：纳米尺度声学器件自由表面传播的声表面波相速度VR、纳米尺度声学器件的中心频率fz、声波损耗IL和纳米尺度声学器件的带宽\|f2-f1\|。 10.按照权利要求9所述的一种基于宽尺度范围的纳米声学效应研究方法，其特征在于：所述分子束发生器为氩气分子束发生器、氮气分子束发生器或氦气分子束发生器。
所属类别：	发明专利